ГИС В ГЕОДЕЗИИ Конспект лекций. Конспект лекций по предмету гис в геодезии
 Скачать 1.37 Mb.
|
|
Космические снимки Сбор данных для ГИС на базе космических снимков высокого разрешения становится все более популярным благодаря увеличившемуся числу спутников и архивов данных. Космические съемки выполняют с использованием либо фотографических, либо сканерных систем. Космическая съемка осуществляется специальными приборами - датчиками. Датчики могут быть пассивными и активными, причем пассивные датчики улавливают отраженное или испускаемое естественное излучение, а активные способны сами излучать необходимый сигнал и фиксировать его отражение от объекта. Наряду с этим по-прежнему используются космические системы с панхроматическим фотооборудованием и Конспект лекций по предмету «ГИС в геодезии». Составитель С.Г. Шнитко многоспектральными фотокамерами, обеспечивающими высокое разрешение и геометрическую точность. 4.1.5. Интернет-источники цифровых пространственных данных Интернет является неоценимым источником поиска и получения цифровых данных. В Интернете можно найти множество пространственных и табличных данных, а также снимков. Хорошими адресами для начального поиска данных являются, например, http://earth.google.com/, http://www.geographynetwork.com/data/ или http://www.scanex.ru/ru/data/. В сети Интернет доступ к пространственной информации предоставляют картографические и геоинформационные Web-сервисы. При определении того, стоит ли приобретать цифровые данные, необходимо знать о происхождении, пространственном охвате, надежности данных, масштабе данных, разрешении, точности и формате данных, актуальности и обновляемости, условиях и стоимости получения, приобретения. Для этого следует получить метаданные (данные о данных) в форме словаря данных или отчета о качестве данных от их поставщика. Метаданные должны содержать соответствующую общую информацию о данных. Развитое программное обеспечение ГИС содержат инструменты формализованного описания метаданных. 4.1.6. Общегеографические и тематические карты Общегеографические карты масштаба от 1:200000 до 1:1000000 и мельче карты содержат разнообразные сведения о рельефе, гидрографии, почвенно- растительном покрове, населенных пунктах, хозяйственных объектах, путях сообщения, линиях коммуникаций, границах. Тематические карты создаются по определенной предметной области. Среди тематических выделяют карты природы, населения, экономики и др. 4.1.7. Документация землеустройства Документация землеустройства - это утвержденные в установленном порядке текстовые и графические материалы, которыми регулируется использование и охрана земель государственной, коммунальной и частной собственности, а также материалы обследования и разведки земли, авторского надзора, за выполнением проектов и тому подобное. Документация землеустройства разрабатывается в виде программы, схемы, проектов, специальной тематической карты, атласов, технической документации. Конспект лекций по предмету «ГИС в геодезии». Составитель С.Г. Шнитко К технической документации относятся кадастровые планы, индексные карты. Кадастровые планы содержат границы земельных участков (недвижимой собственности), которые не отображаются на топографических планах. Идентификация земельных участков выполняется путем присвоения кадастровых кодов (номеров). Для уникальной идентификации земельных участков создаются индексные карты. 4.1.8. Градостроительная документация Градостроительная документация – это утверждены текстовые и графические материалы, которыми регулируется планирование, застройка и другое градостроительное использование территории. Документация обязательно состоит из текстовых и графических материалов. 4.1.9. Таблицы и текстовые документы Источниками семантических данных могут быть таблицы. Информационный продукт не всегда представляет собой карту. Он также может включать список цифр, таблицу или отчет. Таблица или список могут также составлять целый информационный продукт. Все эти элементы входят в категорию так называемых табличных данных. Электронные таблицы, базы данных и таблицы текстовых файлов являются частью широкой категории табличных данных. Каждая таблица должна иметь название, соответствующие заголовки колонок, типичные записи и указание на источник этих данных. Если существуют установленные форматы отчетов, обязательно определите их на данном этапе. Обычно отчеты можно автоматически конвертировать в нужные форматы. К текстовым документам предметной или тематической информации относятся технические, экономические, статистические, социологические, демографические и другие виды данных; данные государственной статистической отчетности. Текстовая информация более повествовательного характера часто является важной составляющей информационного продукта. Текстовые файлы могут быть в формате Adobe.РDF, Microsoft Word или в формате .txt. 4.2. Характеристики данных Географические данные имеют многие характеристики. Cущественными для сбора данных являются масштаб, разрешение, картографическая проекция, допуск ошибки. Конспект лекций по предмету «ГИС в геодезии». Составитель С.Г. Шнитко 4.2.1. Масштаб Масштаб данных отражает детальность (определенный объем информации) и относительную точность отображения объектов на карте. Чем больше масштаб, тем более точен и подробен набор данных. В некоторых случаях может потребоваться хранение данных в базе в нескольких масштабах. Если в базе данных представлено больше одного масштаба, это должно быть соответствующим образом документировано в метаданных. Масштаб влияет как на стоимость, так и на точность конечной базы данных. 4.2.2. Разрешение Пространственное разрешение определяется как размер самых мелких элементов, поддающихся нанесению на карту или выборке в данном масштабе. Разрешение карты напрямую связано с ее масштабом. По мере уменьшения масштаба карты разрешение уменьшается; границы элементов должны быть сглажены, упрощены или просто не должны быть отображены. Существуют минимальные размеры полигона и длина линии, которые можно отобразить в данном масштабе. Элементы с более низкими разрешениями сливаются с окружающими данными, преобразуются в точку или удаляются. Данные должны иметь минимально достаточное разрешение, чтобы на их основе можно было создавать информационные продукты. Например, данные о земельных участках в городе должны иметь высокое разрешение, а Web-приложение, отображающее транспортные маршруты между штатами, должно быть мелкомасштабным. Разрешение также влияет на ошибку данных. 4.2.3. Картографическая проекция Картографическая проекция преобразует трехмерную поверхность Земли в плоскую двумерную поверхность. Этот процесс создает картографические искажения, относящиеся к расстоянию, площади, форме геометрической фигуры или направлению. В результате, все плоские карты имеют некоторую степень пространственного искажения. Тип используемой проекции определяет степень и тип искажения на карте. Конкретная картографическая проекция может сохранить неискаженным одно свойство за счет других или, в качестве компромисса, отобразить несколько свойств с уменьшенной точностью. Конспект лекций по предмету «ГИС в геодезии». Составитель С.Г. Шнитко Необходимо знать искажение, которое нанесет наименьший ущерб качеству вашей базы данных. Даты (Datum) - важный аспект, связанный с проекцией. Даты - это набор базовых параметров и контрольных точек, используемых для точного задания трехмерной формы Земли. Даты задают начало отсчета и ориентацию для линий широты и долготы. Даты дают базовую ссылку для определения местоположений на поверхности Земли. Для эффективного использования пространственных данных, полученных с карты, нужно знать проекцию этой карты и даты. 4.2.4. Допуск ошибки Допуск ошибки определяет, какой размер ошибки допустим, а какой — недопустим. Поскольку ошибка связана с разрешением и масштабом, она также напрямую привязана к стоимости: уменьшение процента ошибки стоит денег. Существует четыре типа ошибок. 1) Cсылочная ошибка относится к ошибке в определении или привязке ссылок. Например, правильно ли указаны соответствующие названия улиц и номера домов? 2) Топологическая ошибка происходит при разрыве в необходимых привязках, например, если полигоны не замкнуты или уличные сети разорваны. 3) Относительная ошибка — это ошибка в расположении двух объектов по отношению друг к другу. Например, важно знать местоположение коллектора по отношению к владению и дороге. 4) Абсолютная ошибка — это ошибка в определении реального положения какого-либо объекта в мире. 4.3. Предварительная обработка исходных данных 4.3.1. Назначение Множество данных геоинформационных систем собирается с помощью разных технических средств, разных технологий и в разных условиях. Данные отражают различные характеристики и свойства. Они могут иметь различные размерности, разное количество значащих цифр, разную точность и т.д. Для того чтобы разнородные данные и модели можно было обрабатывать совместно, они должны быть предварительно упорядочены и представлены в форме, воспринимаемой единой системой данных. Конспект лекций по предмету «ГИС в геодезии». Составитель С.Г. Шнитко Каждый вид данных в зависимости от степени или параметров соответствия системным требованиям может требовать выполнения одной или нескольких процедур обработки, или не требовать таковых. Наибольшее применение находят следующие виды процедур предварительной обработки исходных данных: первичная обработка, локализация географических объектов, оцифровка, трансформирование данных, конвертирование данных, унификация, классификация, идентификация, стратификация и другие. 4.3.2. Первичная обработка При первичной обработке используются общие и специальные средства подготовки данных. Общие средства обработки Общими могут быть следующие средства подготовки данных. Фильтрация данных. Загруженные (или предварительно обработанные) данные могут быть избыточными по количеству записей или содержанию отдельных полей с точки зрения задач пользователя. Для удаления избыточных по ряду выделенных признаков записей может быть использована процедура фильтрации данных. Нормализация данных. Использование отдельных инструментов требует предварительной нормализации данных, то есть приведения интервалов значений отдельных множеств к интервалам с предопределенными границами. Ряд продуктов имеют инструменты, которые реализуют процедуру нормализации. Удаление противоречий. В анализируемом наборе данных можно выделить входные и выходные поля. Значения входных полей полностью определяют значения выходных полей. Противоречия возникают, если есть группы записей, в которых значения во входных полях полностью совпадают, а в выходных – различаются. Удаление дубликатов. В данных могут встречаться записи с одинаковыми входными факторами и одинаковыми выходными, т.е. дубликаты. Такие данные несут избыточность. Удаление дубликатов осуществляется с помощью специальной процедуры. Разделение. Процедура разделения позволяет разделить исходный набор данных на несколько непересекающихся подмножеств. Если необходимо использовать простые принципы разделения данных, процедура разделения эффективнее, чем параллельное применение нескольких процедур. Конспект лекций по предмету «ГИС в геодезии». Составитель С.Г. Шнитко Интерполяция. Если в столбце некоторые данные отсутствуют в силу каких-либо причин, обосновывается один из двух путей работы с данными: а) убрать из обработки все строки, которые содержат пропущенные данные, б) заполнить пропущенные данные, используя процедуру интерполяции. Специалные средства обработки Примеры специальных средств подготовки данных: первичная обработка данных ДЗЗ включает радиометрическую калибровку, географическую привязку, геометрическую коррекцию изображений и др. первичная обработка GPS данных включает сохранение данных с приемника GPS в файл журнала (Log File), фильтрацию входных данных GPS по времени, расстоянию или отклонению. 4.3.3. Локализация географических объектов Установление пространственных отношений между процессами, явлениями и объектами на поверхности Земли является одной из главных задач геоинформационных систем. Эта проблема решается посредством локализации географических объектов. Пространственной локализацией географических объектов называют процесс установления пространственных отношений между характеристиками геоданных путем соотнесения разных видов информации к одному из наиболее устойчивых ее видов. Этим видом являются координаты в общеземной или локальной системе координат. По существу, локализация в геоинформатике означает процесс привязки данных к системе координат реального земного пространства. 4.3.4. Оцифровка Оцифровка (Digitizing) - синоним цифрование, дигитализация, – есть процесс представления объекта, изображения, документа, звука или сигнала (как правило, аналогового сигнала) посредством дискретного набора точек или элементов. Другими словами, это процесс перевода аналоговых данных в цифровую форму, доступную для существования в цифровой компьютерной среде. В результате оцифровки получается так называемое "цифровое изображение" объекта или "цифровая форма" сигнала. Оцифровка текстов используется для преобразования изображения текстов в цифровую форму с помощью оптического распознавания символов. Конспект лекций по предмету «ГИС в геодезии». Составитель С.Г. Шнитко Оцифровка имеет огромное значение для вычислительного процесса. Дигитализация является основным способом представления изображений в формате, пригодном для передачи и компьютерной обработки. Оцифровка происходит в два этапа: 1) Дискретизация – а) разделение на аналоговые сигналы и на регулярные интервалы времени (частоты дискретизации), б) чтение значений сигнала в точке. 2) Квантование - округление до фиксированного набора чисел (например, целых). В географических информационных системах дигитализация есть инструмент цифрового представления географических объектов в растровой или векторной форме. Дигитализация является инструментом создания электронных карт из различных географических изображений или путем оцифровки традиционных бумажных аналоговых карт. Различают следующие две технологии оцифровки бумажных карт. 1) оцифровка с помощью графического устройства - дигитайзера и ручного обвода объектов карты (tablet-based digitizing); 2) оцифровка путем сканирования оригиналов для получения растровых копий и последующей векторизации растровой картографической подложки по дисплею манипулятором "мышь" (on-screen digitizing). Векторизацией называется также процесс конвертирования растровой графики в векторную графику с использованием программного и компьютерного обеспечения. По степени автоматизации различают ручную (manual), полуавтоматическую (semi-automated) и автоматическую (automatic) дигитализацию. Процессы дигитализации обслуживаются программными средствами, которые называются графическими редакторами. 4.3.5. Трансформация данных Трансформация данных (Data transformation) - перенесение данных с одного носителя данных на другой без существенного изменения содержащейся в них информации. Трансформация данных позволяет по заданным наперед правилам изменения структуры данных, строить из одних экземпляров объектов данных другие экземпляры. Чаще всего трансформация используется для предварительной обработки информации без построения конкретной модели. В геоинформационных системах часто возникает необходимость решения задач: Конспект лекций по предмету «ГИС в геодезии». Составитель С.Г. Шнитко преобразования данных между координатными системами (преобразование сдвигом, преобразование сдвигом и поворотом, аффинное преобразование, полиномиальные преобразования, преобразование "резиновый лист"); преобразования данных между различными форматами данных (формат данных есть внутренняя структура файла, которая позволяет использовать компьютер). 4.3.6. Унификация Разнообразие технологий и методов сбора данных порождает разнообразие типов данных, которые впоследствии необходимо обрабатывать. Обрабатывать множество различных данных неудобно и неэффективно. Для упрощения процесса обработки, хранения и обмена разнородные данные приводят к структурному единому виду, который используется при последующей обработке информации. Такие данные называют унифицированными. Процедура сведения разнородных видов и структур данных к единому виду и структуре называется унификацией. В ходе унификации данных осуществляется построение единой структуры информационной модели. 4.3.7. Классификация В процессе организации данных осуществляется их классификация. Она позволяет соотносить различные модели и их характеристики к разным классам, подклассам и типам, что дает возможность систематизировать исходные наборы данных и использовать свойства классов при анализе конкретных геоинформационных данных. Это одна из важнейших функций организации данных, геоданных. Таким образом, организованные данные — это классифицированные данные. 4.3.8. Идентификация Идентификация - это процедура присвоения наборам данных специальных кодов - идентификаторов. Эта процедура обеспечивает взаимно однозначное соответствие между данными и идентификаторами, исключает повторение одинаковых идентификаторов, то есть обеспечивает непротиворечивость моделей и их характеристик. 4.3.9. Стратификация Конспект лекций по предмету «ГИС в геодезии». Составитель С.Г. Шнитко В ГИС один из общепринятых принципов организации пространственной информации называют послойным принципом. Суть его состоит в том, что данные о территории организуются в виде набора тематических слоев, отвечающих конкретным потребностям и содержащих небольшое число типов однородных данных, объединяемых общей тематикой. Например, слой почв, слой гидрографической сети, слой транспортной сети, слой зданий, слой инженерных сетей и так далее. Стратификация - это создание слоев, которые могут иметь несколько значений в разных областях применения. Стратификация данных в ГИС - это процедура, которая разбивает систему данных на страты или слои, удобные для обработки и анализа. Стратификация - это не просто организация данных, а создание инструмента анализа и обобщения данных на разных территориальных уровнях. Это процесс задания некой структуры для эффективной работы геоинформационной системы. Пространственные объекты характерны тем, что имеют графическую форму представления. Графическая форма представления пространственных объектов должна решать две задачи: показывать взаимное расположение объектов и связи между ними (топология); давать возможность количественной оценки геометрических характеристик объектов и их положения в выбранной системе координат (метрика). Графическая форма представления пространственных объектов является в то же время основой для стратификации данных. |